Diit.cz - Novinky a informace o hardware, software a internetu

3nm wafer TSMC bude stát přes $20 000, doba výroby se prodlužuje

TSMC ohlásila pokročilou verzi 3nm procesu (N3E), o které jsme vás již informovali a nastínila, co stojí za pomalejším nástupem 3nm generace jako takové. Neoficiální zdroje hovoří i o cenách…

V roce 2012, v souvislosti s nasazením 28nm výroby, jsme vám přinesli článek s nepříznivým výhledem. Ukazoval totiž, že (do té doby) samozřejmá vlastnost nových výrobních procesů - snížení výrobních nákladů - vymizí. Jinými slovy na nové procesy se přestane přecházet proto, že by byly levnější (v přepočtu nákladů na jeden čip), ale bude se na ně přecházet kvůli spotřebě, výrobním kapacitám ap. Což ve svém důsledku znamená, že ceny hardwaru postaveného na větších plochách křemíku (tj. zejména grafické čipy / grafické karty) porostou.

 

Zatímco v roce 2012 se mnozí čtenáři zdráhali tyto výhledy přijmout, po bezmála deseti letech už si většina lidí chtě-nechtě zvyká. Jenže nejde ani tak o zvykání na určitý stav (což není takový problém), jako spíš o zvykání na exponenciální trend (což už problém být může, protože lidský mozek není na myšlení v exponenciálním měřítku příliš stavěný nebo alespoň ne zvyklý). Jak se říká: Nezoufejte, bude hůř.

Když jsme o pár let později v souvislosti se 16nm procesem informovali, že cena za wafer vyskočí na $5000 dolarů, působilo to až neuvěřitelně. Ono se to nakonec zkouslo, neboť po zpackaném 20nm procesu, který se nepovedl ani TSMC, ani GlobalFoundries a ani Samsungu, přinesla 16nm (a 14nm) výroby oproti 28nm velký technologický skok, který umožnil i posun ve výkonu a/nebo spotřebě. Uživatelé tak byli ochotní zaplatit. Situace se vlastně opakovala s nepovedenou 10nm výrobou, a tak zákazníci platili i za ~7nm produkty.

Ač extrémně vyskočily výrobní náklady, provázely tuto generaci i povedené architektury, které pomohly výkonnostnímu posunu a energetické efektivitě. Ačkoli cena rostla, poměr cena / výkon se díky povedené práci na straně návrhu hardwaru nezhoršil. Opět je potřeba mít na paměti, že toto není trend, který by mohl fungovat věčně. Výrobní náklady čipů porostou i nadále exponenciálně; nelze ovšem předpokládat, že autoři návrhu čipů budou schopni ze stejných příjmů donekonečna vytvářet exponenciálně lepší architektury. Cena lidské práce roste také a nezaměstnaných špičkových inženýrů, které by společnosti mohly nabírat (i za cenu stálého zvyšování finančních nákladů) rovněž po světě neběhá neomezené množství.

16nm wafer jako novinka (tabulka výše uvádí ceny v roce 2020) tedy vyšel na více než $5000 (podle některých zdrojů snad až $7000), 7nm stále přes $10 000, 5nm $17 000 a o 3nm výrobě se proslýchá, že překoná $20 000. To ovšem nechápejte jako $20 500 nebo $20 800. Může jít o $25 000 i více. 5nm proces přitom snižuje mezigenerační posuny (spotřeby, frekvence, denzity) a zvlášť po dvougeneračních skocích (28nm->16nm, 16nm->7nm) budou tyto „méně než generační“ posuny skutečně znát.

3nm proces (N3)

TSMC potvrdila, že rizikovou výrobu na 3nm procesu zahájí v letošním roce (šlo skutečně o obrat naznačující čas budoucí), jinými slovy dosud na ní nedošlo. Velkokapacitní má pak následovat ve druhém pololetí 2022. To je plus mínus podle plánu (různé indicie naznačují jen celkem akceptovatelné 3-4měsíční zpoždění), ovšem nesmíme zapomínat na jeden často opomíjený fakt, který nepřímo potvrdil CEO společnosti C. C. Wei (úvodní snímek). Ačkoli proces nasazuje EUV technologii, aby snížil exponenciálně rostoucí počet masek, nestačí samotné EUV k tomu, aby byla byť jen kompenzována rostoucí komplexnost výroby. Jinými slovy EUV zabrání tomu, aby byl proces ještě dražší než ona avizovaná částka, ale nezabrání prodloužení výrobního procesu a dalším krokům, na které je potřeba nová dosud nepoužívaná tovární výbava a další pracovníci, kteří ji obsluhují.

Doposud obvyklá doba výroby křemíkového čipu tak naroste o další 2-3 měsíce. Souvisí to mimo jiné s pomalejším zpracováním na EUV skenerech, kdy podle SemiAnalysis sada 10 EUV skenerů na 3nm procesu zajistí výrobní kapacitu pouhých 15 000 waferů za měsíc. Jeden EUV skener se zdrojem světla adekvátním pro 3nm výrobu stojí téměř $150 milionů. Pokud by TSMC chtěla do roka amortizovat tyto náklady, znamenalo by to asi $8300 na wafer jen z hlediska nákupní ceny skenerů.

Velkokapacitní výroba na N3 bude zahájena ve druhém pololetí 2022 a nejspíš ne na začátku tohoto období. I s ohledem na prodlouženou dobu výroby očekává TSMC první příjmy z 3nm procesu až v prvním kvartálu roku 2023. Zákazníci tedy první čipy ze sériové výroby obdrží začátkem roku 2023, což vylučuje některými zdroji spekulovanou možnost, že by Apple v roce 2022 přecijen mohl vydat iPhone s 3nm SoC od TSMC.

Šušká se, že by první generaci 3nm procesu TSMC mohl před Applem nasadit ještě Qualcomm a Mediatek, výrobci mobilních ARM SoC.

TSMC
procesdenzitavýkonspotřeba
7nm (N7)+59 % vs N10?-40 % vs. N10
7nm (N7P)?+7 % vs. N7-10 % vs. N7
7nm+ (EUV / N7+)+20 % vs. N7+10 % vs. N7-15 % vs. N7

6nm (N6)

+18 % vs. N7beze změnybeze změny
5nm (N5)+80 % vs. N7+15 % vs. N7-30 % vs. N7
5nm (N5P)?+7 5 % vs. N5-10 % vs. N5
4nm (N4)+6 % vs. N5beze změnybeze změny
3nm (N3)+70 % vs N5+10-15 % vs N5-25-30 % vs. N5
3nm (N3E)?++
2nm (N2)+70% vs. N3???

3nm „enhanced“ (N3E)

TSMC si uvědomuje, že tento stav je hodně problematický. Nejde jen o ceny, ale vůbec dlouhou dobu výroby a nízké výrobní kapacity. Připravuje proto druhou generaci 3nm procesu, která se na toto zaměří. První neoficiální informace o ní jsme naťukli v polovině září, ovšem aktuální je zasazují do trochu jiného kontextu. Avizované snížení počtu vrstev není motivované snížením ceny procesu, ale zkrácením doby výroby. CEO TSMC C. C. Wei dále uvádí vyšší výtěžnost, vyšší výkon a nižší spotřebu. Cena na wafer bude zhruba stejná, s mírně vyšší výtěžností však bude příjemnější cena na funkční čip.

N3E proces dorazí zhruba rok po N3. Velkokapacitní výroba tedy začne ve druhém pololetí 2023. S ohledem na nepříliš pozitivní informace o N3 je otázkou, zda budou mít výrobci PC hardwaru vůbec zájem využívat N3 proces a zda rovnou nepočkají na N3E. Pro něj navržený hardware by se mohl objevit v hyperoptimistickém teoretickém scénáři s přelomem let 2023/2024. Reálně však není jisté ani to, zda se N3E produktu pro PC dočkáme do konce roku 2024. O proces jistě bude mít zájem Apple a dokud jej bude využívat jako nejpokročilejší proces pro výrobu čipů pro iPhony, nezbudou pro ostatní výrobce rozumné kapacity.

  EUVzahájení výroby
/ tape-out
velkokapacitní
výroba
Samsung7nm LPE (1. gen.)?nezahájena
7nm LPP (2. gen)říjen 2018červen 2019
7nm (3. gen)??
6nm LPPduben 2019H2 2019
5nm LPE4. 2019 / H2 2019H1 2020
5nm LPP2019?2021
4nm LPE (původní)?2020/21 zrušen
4nm LPP (původní)?2022 zrušen
4nm LPE?2022
4nm LPP??
3nm (3GAE)H1 2022?2022
3nm (3GAP)?2023
TSMC7nm (N7)leden 2017duben 2018
7nm (N7P) ?
7nm EUV (N7+)říjen 2018červen 2019
6nmQ1 2020?
5nm (N5)duben 2019H1 2020
5nm (N5P) ?2021
4nm (N4)Q3 2021Q1? 2022
3nm (N3)Q4 2021H2 2022
3nm (N3E)?H2 2023
2nm (N2)2023? 2024?2024? 2025

2nm proces (N2)

C. C. Wei se vyjádřil „pozitivně“ o 2nm procesu slovy: „Mohu vám říct, že naše 2nm technologie bude po stránce denzity a výkonu nejkonkurenceschopnější v roce 2025.“ Na jednu stranu jde o vyjádření vzbuzující větší naděje než informace o první generaci 3nm výroby. Na straně druhé je z původně očekávaného roku 2024 rok 2025.


Při odhadech dostupnosti 3nm procesu dosud nebyl brán v potaz fakt, že proces výroby je podstatně delší, takže 3-4měsíční odklad v zahájení výroby může ve výsledku dostupnost o téměř půl roku pozdější, než původně očekávalo. Dlouhá doba výroby, omezená kapacita výroby z důvodu masivního nasazení (relativně pomalých) EUV skenerů a cena waferu mezi $20-30 tisíci dolary může přimět řadu výrobců k alternativnímu řešení situace.

Tím může být použití 4nm procesu (derivát 5nm výroby), počkání na druhou generaci 3nm procesu (N3E) nebo nasazení první generace 3nm výroby (N3) jen na velmi omezenou část portfolia (high-end, ultra high-end). Zdá se být velmi nepravděpodobné, že bychom v roce 2024 mohli nakupovat 3nm grafické karty nebo procesory - pokud vůbec, tvořily by zcela okrajovou část nabídky. Vypadá to spíš, že rok 2024 bude ve znamení 4nm procesu a možná koncem roku 2025 se začne ve světě PC využívat N3E.

Samsung by měl svůj 3nm GAP (tj. druhá generace 3nm výroby Samsungu; první nejspíš nebude běžně dostupná) rozjet někdy během roku 2023 a dosavadní zprávy nejsou nijak optimistické co do výtěžnosti a parametrů procesu (tedy v tom smyslu, že by proces Samsungu - byť využívající pokročilejší technologii MBCFET / GAA - mohl být zákazníky vnímán jako lepší).

Tagy: 
Zdroje: 

Diskuse ke článku 3nm wafer TSMC bude stát přes $20 000, doba výroby se prodlužuje

Čtvrtek, 21 Říjen 2021 - 10:54 | TOW | U tohodle pozor - zvýšení cen grafik nejde do...
Středa, 20 Říjen 2021 - 17:28 | Samuel | Ano, Apple utrácí hodně, ale každý rok stejně....
Středa, 20 Říjen 2021 - 13:23 | BlackRider | 22k neni normalni cena za GK. To je spis normalni...
Středa, 20 Říjen 2021 - 13:17 | BlackRider | No urcite to nebude o tri rady, ale je otazka...
Středa, 20 Říjen 2021 - 11:31 | Nox | Nebyt BTC, uzival som si CyberPunk 2077 na plne...
Středa, 20 Říjen 2021 - 08:37 | mp07 | To víš, platí se za obvod :-D
Středa, 20 Říjen 2021 - 08:23 | TOW | To těžko. Hodně to táhne Apple.
Středa, 20 Říjen 2021 - 06:13 | Samuel | Nebýt BTC, tak se vývoj už zastavil. Jedině díky...
Středa, 20 Říjen 2021 - 06:02 | del42sa | ty mají dotace :-D
Středa, 20 Říjen 2021 - 05:36 | Peter Fodrek | Píšem zdanlivá dĺžka hradla, nie celého...

Zobrazit diskusi